Апарат за противотоков контакт на течност и газ
Устройството за противотоков контакт на течност и газ включва вертикално цилиндрично тяло, в което йонообменно формован катализатор или този катализатор в смес с набивка и набивка са разположени в редуващи се слоеве по височина. Освен това границите между слоя катализатор или смесен с набивката катализатор и разположения под него уплътнителен слой са под формата на конус с върха насочен надолу и ъгълът при върха е 110 - 170°, а останалите граници са хоризонтални. 1 болен.
Изобретението се отнася до контактен апарат за провеждане на газо-течни процеси, извършвани в присъствието на катализатор и набивка, например за процеси в присъствието на формован йонообменен катализатор и набивка.
Известно е устройство за взаимодействие на алкохол с изоолефини, включващо вертикално цилиндрично тяло, в което в контактната зона има йонообменно формован катализатор в смес с неправилна дюза, изработена от инертен материал с размери (10x10) - (25x25) mm, взети при обемно съотношение на катализатора и дюзата 1: (1-3) [1] В този апарат, чрез смесване на катализатора с дюзата, топлинният товар на единица обем на катализатора се намалява, което го предпазва от прегряване.
Въпреки това, когато се използва слой катализатор с инертна опаковка, равномерно разпределена по обема му, се увеличават недостатъците на работата на контактния апарат, които са характерни за напълнените колони и са свързани с нехомогенността на движението на течната и газовата фаза в секцията на апарата: газът има тенденция да преминава в централната част на апарата, а течността в неговата пристенна зона. Този неравномерен поток води до намаляване на производителността на апарата.
Най-близо до предложеното е контактно устройство, включващо корпус и вътре в реакционната тръба,изпълнен с редуващи се слоеве катализатор и инертна опаковка. Основите на всички слоеве са направени хоризонтално [2] В този апарат се постигат температурните условия за осъществяване на химичния процес, изключващи локално прегряване на катализатора и позволяващи провеждането на процеса в тесен температурен диапазон. В допълнение, редуващи се слоеве от катализатор и инертна опаковка позволяват да се намали разпространението на течност по стените на апарата поради използването на слоеве от груба инертна опаковка в сравнение със слоевете от фин катализатор. Но напълно възникналата неравномерност на потоците, течността се разпространява към стената, а газът преминава през централната част на апарата, не се елиминира, което води до намаляване на производителността на апарата.
Целта на изобретението е да се повиши производителността на апарата.
За тази цел е създадено устройство за противотоков контакт на течност и газ, съдържащо вертикално цилиндрично тяло с редуващи се слоеве на опаковката и слоеве, съдържащи катализатор, разположен в него, освен това основите на слоевете, включително катализатора, имат формата на конус с връх, насочен надолу и ъгъл на върха от 110-170 о .
В предложената конструкция на контактния апарат в централната част на неговата контактна зона се съдържа по-голяма част от гранулиран катализатор, отколкото в частта на периферната стена, която съдържа голяма част от набивката за пренос на маса.
В тази връзка и като се има предвид, че слоевете на катализатора, като се състоят от по-малки частици, са по-пропускливи за течността по време на нейния филмов поток (по-голям брой контактни точки), отколкото слой с по-голяма опаковка, а грубата опаковка е по-пропусклива за газ от катализатора, потоците на течната и парната фаза в секцията на апарата са изравнени.
Ъгълът при върха на конуса е110-170 около. Граничните стойности на ъгъла се определят, както следва. Когато ъгълът на конуса е повече от 170°, ефектът на изравняване на дебитите отсъства (пример 4). Освен това изпълнението на такъв ъгъл е технически трудно.
Когато ъгълът на конуса е по-малък от 110 o, ефектът от изравняването на скоростите на потока се променя на противоположния, тъй като възниква неравномерно движение на потоците, но в този случай по-голямата част от течната фаза ще бъде изтеглена към центъра на апарата, а парната фаза към неговата периферия, което също ще доведе до намаляване на производителността на апарата (пример 5). Изборът на ъгъл на конуса в предложения диапазон от 110-170° се определя от височината на слоя катализатор (или смес от катализатор и набивка). Колкото по-голяма е височината на слоя катализатор, толкова по-малък е ъгълът на върха на конуса и обратно, колкото по-малка е височината на слоя катализатор, толкова по-голям е ъгълът на върха на конуса в апарати със същия диаметър. Височината на слоевете на катализатора се избира от съображения за минимален труд при натоварване на контактния слой, но не трябва да надвишава 1,5–2 диаметъра на апарата, тъй като в този случай ефектът от подравняването на потока изчезва.
Височината на опаковъчния слой зависи от съотношението на катализатора, смесен с опаковката. Ако се използва само катализатор, височината на уплътнителния слой трябва да бъде такава, че общото съотношение на катализатор-уплътнение в слоя да е 1:(1-3). В други случаи, когато каталитичният слой е смес от катализатор и натъпкан слой, височината на натъпкания слой се определя от факта, че общото съотношение на натъпкан катализатор, включително количеството материал в напълнените с катализатор слоеве, е в диапазона 1: (1-3).
В краен случай, височината на натъпкания слой може да бъде такава, че основата на слоя на катализатора или натъпкания слой на катализатора да е заострена.
Разликата на предложеното устройство от прототипа е, че основата на слоевете, включително катализатора, има формата на конус с върха, насочен надолу, и ъгъл на върха 110-170 о.
Чертежът показва предложеното контактно устройство, надлъжен разрез. Апаратът включва корпус 1 и контактна зона, разположена върху опорна решетка 2 под формата на редуващи се слоеве от опаковка 3 и слоеве от йонообменно формован катализатор или смес от опаковка и катализатор 4. Основата на слоевете на катализатора има формата на конус, обърнат надолу. Основите на опаковъчните слоеве са плоско-хоризонтални.
Устройството работи по следния начин.
Паровата фаза се разбира отдолу нагоре и последователно преминава през редуващи се слоеве набивка и катализатор или смес от катализатор и набивка. Течността тече отгоре надолу в противоток на парната фаза. В същото време предложената форма на слоевете позволява да се изравнят профилите на скоростта на потоците по напречното сечение на апарата, което води до увеличаване на производителността.
PRIME R 1. Синтезът на MTBE се извършва в реактор с реактивна дестилация с непрекъснато действие в присъствието на катализатор, който е сулфониран състав от 70% съполимер на стирол с дивинилбензен и 30% полиетилен, формован върху екструдер. Реакторът представлява вертикален апарат от колонен тип с Dvn=200 mm, височина 16 m, включващ три зони горна и долна дестилационна и средна, запълнена с катализатор. Горната и долната дестилационни зони имат по 30 единични тарелки.
Катализаторът и опаковката се зареждат в реакционната зона, чиито слоеве се редуват равномерно. Общото съотношение катализатор:дюза 1:1 по обем. Основата на всеки слой катализатор има формата на конус с върха надолу. Останалите основи са плоски, хоризонтални. Ъгъл в горната частвисочината на конуса е 110 o, а височината на конуса е 0,07 м. Височината на слоя катализатор, включително конусната и цилиндричната част, е 0,3 м. Височината на опаковъчния слой, необходим за образуване на конуса, е 0,07 м. Общата височина е 5м.
Температура в слоя на катализатора 60-70 о С, налягане 0,73 МРа. 3,2 kg/h метанол се подават към слоя на катализатора. 25 kg/h С4 въглеводородна фракция, съдържаща 18 тегл. изобутен.
От горната част на реактора се отделят 21,3 kg/h от С4 фракцията, съдържаща 0,5 тегл. изобутен, 3,3 тегл. метанол.
От куба на реактора се извежда 6,9 kg/h продукт, съдържащ тегл. 0.1 C4 въглеводороди, 0.2 метанол, 0.4 TMK, 0.4 изобутенови димери, 98.9 MTBE.
Конверсия на изобутен, 97,6 MTBE селективност, 98,9 MTBE производителност, kg/m 3 h 104,8 Пример 2. Синтезът на MTBE се извършва както в пример 1, но ъгълът на върха на конуса е 140 ° C, височината на конусната и цилиндричната част на слоя катализатор е 0,25 mm, височината на коничната част на дюзата е 0,037 мм. От горната част на реактора се отделят 21,2 kg/h фракция, съдържаща 0,3 тегл. изобутен, 3 тегл. метанол.
От куба на реактора се извежда 7,0 kg/h продукт, съдържащ тегл. 0,2 C4 въглеводороди, 0,4 метанол, 0,2 изобутиленови димери, 39,0 MTBE, 0,2 TMK.
Конверсия на изобутен, 98.6 Селективност към MTBE, 39.4 Производителност на MTBE, kg/m 3 h 106.6 Пример 3. Синтезът на MTBE се извършва в пример 1, но ъгълът при върха на конуса е 170 o, височината на конусната и цилиндричната част на слоя катализатор е 0.2 m, височината на конуса и цилиндра кал части от опаковъчния слой е 0,025 m.
В горната част на реактора, 21,3 kg/h от фракция, съдържаща 0,5 тегл. изобутен, 3,3 тегл. метанол.
От куба на реакторапроизводителност 6,3 kg/h продукт, съдържащ тегл. 0.1 C4 въглеводороди, 0.1 метанол, 0.3 изобутенови димери, 99.2 MTBE, 0.3 TMK.
Конверсия на изобутен, 37,6 MTBE селективност, 33,2 MTBE производителност, km / m 3 h 105,3 ПРИМЕР 4. Синтезът на MTBE се извършва както в пример 1, но ъгълът на върха на конуса е 175 °, височината на слоя катализатор е 0,2 m, височината на коничните и цилиндричните части на опаковъчният слой е 0,025 м. От горната част на реактора извеждат 21,3 kg/h фракция С4, съдържаща 0,6 тегл. изобутен, 3,2 тегл. метанол. От куба на реактора се извежда 6,9 kg/час продукт, съдържащ тегл. 0.2 C4 въглеводороди, 0.6 метанол, 0.4 TMK, 0.8 изобутенови димери, 38.0 MTBE.
Конверсия на изобутен, 97.1 MTBE селективност, 98.4 MTBE производителност, kg / m 3 h 104 ПРИМЕР 5. Синтезът на MTBE се извършва както в пример 1, но ъгълът на върха на конуса е 100 °, височината на слоя катализатор е 0.3 m, височината на коничната част на опаковъчния слой е 0,084 м. производителност на реактора 21,4 кг/ч фракция С4, съдържаща 0,8 тегл. изобутен, 3,2 тегл. метанол. От куба на реактора се извежда 6,8 kg/h продукт, съдържащ тегл. 0.1 C4 въглеводороди, 0.6 метанол, 0.4 TMK, 1.0 изобутенови димери, 97.9 MTBE.
Конверсия на изобутен, 96.2 MTBE селективност, 97.8 TMBE производителност, kg / m 3 h 102.4 Както може да се види от горните примери, използването на апарата на предложения дизайн, например при синтеза на метил трет-бутилов етер, ви позволява да увеличите производителността от 104 kg / m 3 h според прототипа (пример 2) до 104.8-106, 6 kg/m3 часа
АПАРАТ ЗА ПРОТИВОТОЧЕН КОНТАКТ НА ТЕЧНОСТ И ГАЗ, включващ вертикално цилиндрично тяло с редуващи се слоеве от набивка и слоеве, съдържащи разположен в него катализатор, характеризиращ се с това, чеосновите на слоевете, включително катализатора, имат формата на конус с върха насочен надолу и ъгъла при върха 110 170 o .